基于模糊PID的舵机驱动串联捡拾机械手运动控制技术研究

摘要

本文主要从机械手运动学、关节驱动系统和智能运动控制等方面，对舵机驱动的串联捡拾机械手模糊PID运动控制机理进行了深入研究。 结合球类物体捡拾要求，设计了五自由度捡拾机械手，并利用D-H法建立了五自由度捡拾机械手的运动学模型，推导出其运动学正解和运动学逆解，进行了机械手运动空间的分析。以电动舵机为执行元件，建立了捡拾机械手关节驱动系统数学模型。在Simulink软件仿真环境中对关节驱动系统进行了开环、PID和模糊PID三类控制的仿真对比研究。仿真结果表明，在捡拾机械手关节驱动系统控制中，相较于开环控制，PID控制和模糊PID控制稳定时间少量增加，但是超调量减小明显，增强了其调节的稳定性。相较于PID控制，模糊PID控制上升时间、稳定时间和超调量都减小，在增强系统稳定性的同时，加快了调节速度。 进行了单自由度机械手模糊PID控制实验，选用编码器角位移传感器进行角度测量，在STM32嵌入式系统平台上，设计和开发了模糊PID串联捡拾机器人运动控制系统。在0°~-85°范围之中，控制器分别对关节2进行开环控制，PID控制和模糊PID控制。由测量结果中可得，相对于开环控制，PID控制和模糊PID控制，调整时间增加，调整误差减小；相对于PID控制，模糊PID控制的调整时间变化不大，调整误差少量减小。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 球类捡拾机器人研究现状和发展趋势

1.3 串联机械手及PID技术

1.4 课题主要研究内容

第二章 捡拾机械手结构设计及其运动学建模

2.1 捡拾机械手结构设计

2.2 捡拾机械手运动学建模与求解

2.3 本章小结

第三章 关节舵机驱动系统建模

3.1 电动舵机驱动系统组成与工作原理

3.2 驱动模块数学模型

3.3 电动舵机驱动系统建模与稳定性分析

3.4 本章小结

第四章 关节运动模糊PID控制与仿真对比

4.1 Simulink仿真软件

4.2 关节运动开环控制与仿真

4.3 关节运动PID控制与仿真

4.4 关节运动模糊PID控制与仿真

4.5 本章小结

第五章 单自由度捡拾机械手模糊PID运动控制系统设计与实验

5.1 硬件选型

5.2 软件控制程序设计

5.3 实验与分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢